如果让尼亚加拉大瀑布全部通过一根吸管会发生什么事情?——Davi Gwizdala
题干中的事情,会让「尼亚加拉瀑布管理委员会」、「尼亚加拉瀑布国际联席会议」、「尼亚加拉瀑布劳工委员会」和「五大湖之圣劳伦斯河流管理委员会」的人找你麻烦。然后顺便把地球再毁灭一次。我们按常规把「委员会与地球比」控制在 3 以下。
好吧,正确回答应该是「尼亚加拉大瀑布无法通过一根吸管」。液体在容器里的流速是有极限的。如果你把液体从一个小开口泵出,液体流速会增加。如果流体是气态的,当流动速度超过音速的时候,液体会被呛住,出口的速度无法再提升,虽然你可以提高压力获得很多的单位质量流出,但那实际上是压缩了气体本身。
对于水来说,它一样会被呛住,但原因略有不同。当液体流动达到一定速度后,根据伯努利定律,液体内部的压力会降低。液体总是在希望自己能嗨到沸腾,只是大气压强迫它们暂时挤在一起。如果压力不够大,液体内部就会产生水蒸气的小气泡。这种现象叫做「气穴现象」。
当水体高速通过一个敞口,气穴造成的气泡降低了水体的密度。如果加压增速,其实是在加速液体沸腾。这保证了液体可以整体通过敞口,而不是在更高速度下直接汽化。
音速是水体流速的另一个极限制约。你不可能把水体加速超过音速通过一个敞口。但液态水很难达到这个临界点,因为音速在水体中是非常快的速度。如果你的水体达到一定速度,那么它会无视你的弯管,给你直接怼个窟窿跑出来。
所以,我们来算算尼亚加拉大瀑布要通过一枚吸管,需要多高的速度呢,是不是会高于音速?这很容易算出来,我们只需要知道尼亚加拉大瀑布的总体流量,和它需要流过的吸管截面积。
尼亚加拉大瀑布每秒最少流量是100,000立方英尺,这个数字是法律规定的最低流量。尼亚加拉供给给瀑布的流量是每秒292,000立方英尺/秒,但很多一部分被用来截流发电了,考虑到世界人民对瀑布截留的愤慨。法律要求供给瀑布哗哗的流量不能低于10万平方英尺/秒。
一条常见的吸管直径约7毫米。为了求流速,我们将流量简单除以面积,如果结果大于音速,水流就会被呛住,那就有意思了。你看,有点快啊,光速的四分之一呢。
要呼叫水管工么?往好的地方想,我们再也不用为气穴效应发愁了,因为水分子的速度已经达到可以和吸管内壁发生核反应了。当然,这样的高能情况下,什么都成等离子状态了,所以真的不用担心液体沸腾和气穴。
但事情还会更好玩,这场面的后坐力有点大,达到可以把北美大陆板块往南推。当然,这也能毁掉所有制造这奇观的设备本身。目前还没有什么设备能把这么大量的水体加速到这种高速。粒子加速器可以把粒子加速到这样的速度,但它们只能驱动一点点气体罢了。你可以试着把水管子接到加速器上,往轨道里猛灌水,看看科学家们怎么弄你。
干得漂亮,你让希金斯先生浑身湿透,体验到了核融合的快感!最好玩的是,这道水柱力大无穷,超过了太阳播撒给地球的能量,其当量可比星辰,大地将被点燃,海枯石烂,民不聊生。
最后,我赌还有很多人会钻进酒桶里从瀑布上面往下跳(啤酒桶跳瀑是一个古老的传统)。